汽车以太网原书第3版_克尔斯滕·马特乌斯托马斯·柯尼希斯埃德_9787111720676

本书内容包括以太网简史、车载网简史、汽车以太网简史、汽车环境、汽车物理层技术、汽车以太网及其供电、汽车以太网中的协议、以太网技术在汽车中的发展以及展望。本书由OPEN联盟首任主席、宝马以太网项目总监克尔斯滕·马特乌斯博士与Technica Engineering技术总监托马斯·柯尼希斯埃德博士合著，在所有主要汽车制造商都在它们的量产车型或即将量产的车型上使用以太网技术的今天，本书必会对技术人员大有裨益。本书适合汽车电子技术人员以及车联网技术人员阅读使用。

当我们在2020年编写本书的第3版时，汽车以太网已经得到了广泛的发展。所有主要的汽车制造商都在它们的量产或是准备开始量产的汽车中应用了汽车以太网。在用的物理层技术包括（按介绍顺序）IEEE 100BASE-TX、100BASE-T1、1000BASE-T1 和 1000BASE-RH。此外，IEEE 刚刚发布了适用于 10Mbit/s、2.5Gbit/s、5Gbit/s 和 10Gbit/s 的汽车物理层规范，并且正在开始针对 10Gbit/s 以上的光纤和线缆传输的规范工作。10BASE-T1S 重新引入了在两个以上用户之间共享介质的功能，并且正在开发这种所谓的多点技术的增强功能。
在第二层，时间敏感网络（TSN）增加了许多新标准，将服务质量扩展到时间关键的控制流量（自动驾驶的重要功能），并且很好地融入了专用汽车 TSN 配置文件的规范中。OPEN 联盟拥有 400 多个成员，具有完整成熟的生态系统，提供从工具和测试实验室到线缆和连接器的支持与解决方案。这些解决方案定期在以下三个知名全球会议上呈现：全球各地举办的IEEE-SA以太网及IP的汽车技术日（IEEE-SA Ethernet&IP@Automotive Technology Day）研讨会，在慕尼黑举办的汽车以太网大会（Automotive Ethernet Congress）和在日本举办的日经汽车以太网研讨会（Nikkei Automotive Ethernet Seminar）。
所以，这就够了吗？
一切都充满希望（但并不wan quan如此）。技术基础已经可用，但真正的汽车网络仍处于起步阶段。技术基础与从硬件定义到软件定义汽车的转变密切相关，另外，在汽车行业这种转变也才刚刚开始。虽然该行业专注于物理层技术、电磁兼容性和硬件成本方面，但对协议层方面技术的探索却较少。
因此，本书经过修改，描述了TSN和物理层中所有的新进展（由于物理层章节篇幅过长，本书将其分为三章：汽车环境、汽车物理层技术和汽车以太网及其供电）。我们还增加了对第二层以上的协议部分的介绍。这部分有一些改变，正是由于这部分使网络能够支持分布式计算，并探索不同的电子电气架构的选择。
此外，我们还添加了十项重要的经验和教训。这些不仅来自我们自己在宝马公司的经历，也来自我们对整个行业的观察。当托马斯离开宝马公司并加入 Technica Engineering时，我们很幸运可以从一种更广泛的视角去分享具有一般性的基础理念。我们确信，这些经验教训会对那些仍在探索汽车以太网潜力的人以及那些正在被某些问题困扰的人产生巨大影响。
与每一项新技术一样，找到最合适的方式来施行一项技术需要时间和经验。汽车以太网提供了很多选择，汽车制造商必须找到最适合自己的一条路径。这也是我们非常期待的过程。总体来说，我们要感谢所有一直在推动汽车以太网技术发展的人。对于第3版，我们要感谢所有回答了写作过程中出现的微小但又重要问题的人。我们要特别感谢：
皮尔吉奥吉奥·贝鲁托（Piergiorgio Beruto），卡诺瓦科技（Canovatech）。没有皮尔吉奥吉奥的帮助，IEEE 10BASE-T1S 标准不会像现在这样具有开创性。他审核了本书的100BASE-T1S相关章节并提供了可行的背景信息。
斯蒂芬妮·乔拉孔（Stefany Chourakorn），宝马（BMW）。作为 IEEE 10BASE-T1S 的新使用者，她能够指出我们遗漏的一些内容，这些内容对理解该技术是非常有帮助的。
布赖恩·彼得森（Brian Petersen），埃瑟诺维亚（Ethernovia），校对了整本书。他基于他的背景知识，修改了一些不准确的地方，并从网络的角度出发提出了新的见解。读者将从他的修正部分中受益匪浅（包括那些与英语相关的）。
拉斯·沃尔克（Lars Vlker），Technica Engineering。拉斯是汽车以太网的关键人物和早期贡献者之一，他也是发明SOME/IP(-SD)的关键人物之一。SOME/IP是汽车以太网的关键技术，增加了汽车以太网作为车载网络的适用性，因为它在现有的汽车网络中融合了现代通信标准。感谢拉斯对第7章的贡献，尤其是安全部分的修正。
乔治·齐默曼（George Zimmerman），CMS咨询公司（CMS consulting）。他审核了多GB ASE-T1（MultiGBASE-T1）和节能以太网部分，并提供了有关这两个部分可行性的背景信息。
赫尔吉·津纳（Helge Zinner），大陆集团（Continental）。赫尔吉不仅审核了完整的协议章节，而且还做了很多有助于构建新 TSN 规范的基础工作。
最后，我本人，克尔斯滕（Kirsten），要感谢宝马公司对本书的支持，并让我有机会有所作为。也感谢现任 Technica Engineering 的技术总监托马斯一直以来为本书做出的贡献。

第3版前言
第2版前言
第1版前言
译者序
缩略语
时间线
第1章以太网简史（基于一个汽车
制造商的角度）1
1.1话说从头1
1.2以太网的含义4
1.2.1IEEE以太网4
1.2.2电信以太网7
1.2.3工业自动化以太网10
1.2.4航空以太网14
1.2.5汽车以太网16
1.3市场对比17
备注20
参考文献22
第2章车载网简史30
2.1车载网的作用30
2.2传统的车载网32
2.2.1早期的车载网33
2.2.2控制器局域网（CAN）34
2.2.3局域互联网络（LIN）39
2.2.4面向媒体的系统
传输（MOST）41
2.2.5FlexRay45
2.2.6像素链接49
2.2.7消费链接52
2.2.8趋势和结局53
2.3车载网的责任55
2.3.1汽车制造商与供应商之间关
系的作用55
2.3.2汽车制造商之间关系的
作用58
备注61
参考文献63
第3章汽车以太网简史68
3.1第一个用例：编程和软件更新68
3.1.1架构的挑战68
3.1.2潜在汽车接口技术69
3.1.3解决方案：100BASE-TX
以太网71
3.2第二个用例：私有应用连接75
3.3突破：车用UTSP以太网76
3.4宝马内部接受UTSP以太网78
3.4.1终将是另一个车载网技术78
3.4.2适当的试验应用79
3.4.3汽车以太网在宝马的未来81
3.5一项新技术的产业框架82
3.5.1从专有解决方案到公开的
标准83
3.5.2在IEEE塑造未来85
3.5.3支持的架构和组织86
3.6以太网在产业范围内的接受度88
备注90
参考文献93
第4章汽车环境98
4.1电磁兼容性（EMC）98
4.1.1电磁干扰的耦合机制99
4.1.2EMC标准101
4.1.3EMC测试102
4.1.4EMC干扰源104
4.1.5静电放电(ESD)105
4.2汽车通信信道107
4.2.1信道框架107
4.2.2信道参数108
4.3质量保证111
4.3.1汽车半导体质量标准111
4.3.2汽车以太网的共模扼流圈质量
标准114
备注115
参考文献117
第5章汽车物理层技术120
5.1汽车以太网信道121
5.1.1100BASE-T1信道121
5.1.21000BASE-T1信道125
5.1.310BASE-T1（S）信道130
5.1.42.5Gbit/s、5Gbit/s和10Gbit/s的
MultiGBASE-T1信道132
5.1.5超10Gbit/s信道134
5.2100Mbit/s以太网PHY技术134
5.2.1100BASE-T1134
5.2.2100BASE-TX的100Mbit/s156
5.2.3基于MII（介质独立接口）的
100Mbit/s以太网157
5.31Gbit/s以太网PHY技术159
5.3.11000BASE-T1技术介绍159
5.3.21000BASE-RH综述166
5.410Mbit/s以太网PHY技术169
5.4.110BASE-T1S背景169
5.4.210BASE-T1S PHY 技术169
5.4.310BASE-T1S 多点技术176
5.52.5Gbit/s、5Gbit/s和10Gbit/s
技术185
5.5.1MultiGBASE-T1背景185
5.5.2MultiGBASE-T1技术186
5.6其他数据速率技术191
备注192
参考文献196
第6章汽车以太网及其供电204
6.1供电网络205
6.2通过减重节电207
6.2.1PoDL（Power over Data
Line）208
6.2.2通过电源线传输数据209
6.3通过降低电力消耗节电210
6.3.1在车内应用高效节能
以太网（EEE）210
6.3.2唤醒与休眠212
备注216
参考文献217
第7章汽车以太网中的协议221
7.1服务质量（QoS）、音视频桥（AVB）
和时间敏感网络（TSN）221
7.1.1AVB引入以太网222
7.1.2音视频桥（AVB）
应用实例223
7.1.3第一代AVB协议及其在
汽车中的应用227
7.1.4时间敏感网络（TSN）中的安全
关键控制信息237
7.2交换机与虚拟LAN（VLAN）244
7.2.1交换鲁棒性244
7.2.2VLAN245
7.2.3其他交换机配置246
7.3因特网协议（Internet Protocol）247
7.3.1静态地址和动态地址248
7.3.2IPv4 与 IPv6249
7.3.3路由与交换250
7.4中间件与SOME/IP251
7.4.1中间件的定义251
7.4.2SOME/IP的历史252
7.4.3SOME/IP的特点253
7.4.4服务发现（SD）256
7.5网络安全258
7.5.1汽车行业的安全需求259
7.5.2攻击向量（Attack Vectors）
概述259
7.5.3网络安全解决方案与机制261
备注266
参考文献271
第8章以太网技术在汽车中的
发展280
8.1系统开发过程概要280
8.2软件设计282
8.3网络架构284
8.3.1电子电气架构相关要求284
8.3.2电子电气架构相关选择287
8.4测试与认证295
8.4.1工具296
8.4.2测试概念、测试机构与
测试套件2988.5功能安全与以太网299
8.6经验教训303
备注306
参考文献307
第9章展望310
备注316
参考文献317

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